DE10128982A1 - Stimulationsvorrichtung mit Stimulationserfolgskontrolle - Google Patents
Stimulationsvorrichtung mit StimulationserfolgskontrolleInfo
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Abstract
Stimulationsvorrichtung mit einer Stimulationseinheit zur Abgabe elektrischer Impulse zur Stimulation von Körpergewebe und mit einer Auswerteeinheit, die elektrische Signale im Zusammenhang mit der Abgabe eines Stimulationsimpulses aufnimmt und zur Überprüfung eines Stimulationserfolges auswertet, wobei die Auswerteeinheit in dem aufgenommenen Signal solche Signalmerkmale detektiert, die einen mangelnden Stimulationserfolg kennzeichnen und ein entsprechendes Signal abgibt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Stimulationsvorrichtung, welche eine Stimulationseinheit aufweist,
die ausgebildet ist, elektrische Stimulationsimpulse zur Stimulation von Körpergewebe
abzugeben, sowie eine Auswerteeinheit, die ausgebildet ist, elektrische Signale im
Zusammenhang mit der Abgabe eines Stimulationsimpulses aufzunehmen und zur
Überprüfung eines Stimulationserfolges auszuwerten.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen Herzschrittmacher, wie er üblicherweise verwendet
wird, mittels elektrischer Impulse an das Myocard eines Herzens einen Herzrhythmus
sicherzustellen, der dem hämodynamischen Bedarf eines Patienten gerecht wird. Solche
Herzschrittmacher sind üblicherweise über eine Elektrodenleitung mit Elektroden verbunden,
die zur intrakardialen Anordnung und zur elektrischen Stimulation des Herzgewebes
(Myocard) durch Abgabe elektrischer Impulse an das Myocard ausgebildet sind. Da solche
Herzschrittmacher üblicherweise implantiert werden, ist es von besonderer Bedeutung, dass
die mit einem elektrischen Stimulationsimpuls abgegebene Energiemenge gerade so
bemessen ist, dass das Herzgewebe sicher stimuliert wird. Ein zu energiereicher
Stimulationsimpuls würde die Batterie des Herzschrittmachers zu schnell erschöpfen. Auf der
anderen Seite würde ein zu energiearmer Stimulationsimpuls möglicherweise nicht
ausreichen, das Herzgewebe im Sinne einer sich ausbreitenden und zur Kontraktion einer
entsprechenden Herzkammer führenden Reizung zu erregen.
Vor diesem Hintergrund ist es bekannt, im Zusammenhang mit der Abgabe eines
Stimulationsimpulses an das Myocard eine Überprüfung des Stimulationserfolges durch
Auswertung im Zusammenhang mit der Abgabe des Stimulationsimpulses auftretender
elektrischer Signale durchzuführen, um beispielsweise im Falle eines mangelnden
Stimulationserfolges einen energiereicheren Backup Stimulationsimpuls auslösen zu können.
Die Stimulationserfolgskontrolle setzt das Erkennen einer erfolgreichen Stimulation voraus,
welches auch als Capture Recognition bekannt ist. Es sind zahlreiche Vorrichtungen und
Verfahren bekannt, die eine Capture Recognition ermöglichen sollen.
Es wurden bereits eine Vielzahl von Systemen zur automatischen Capture-Detektion
entwickelt, die im Zusammenhang mit Herzschrittmachern dazu dienen, die An-/
Abwesenheit einer Depolarisation des Myocards im Anschluss an einen Stimulationsimpuls
zu detektieren. Diese Systeme verwenden üblicherweise sehr einfache Methoden wie eine
Auswertung der Signalamplitude - d. h. des Maximalbetrags des Signals - um eine einen
Stimulationserfolg kennzeichnende Depolarisation des Myocards zu detektieren und auf
diese Weise von Signalen zu unterscheiden, die mit einem mangelnden Stimulationserfolg
einhergehen. Solche Systeme arbeiten zufriedenstellend, solange die Polarisationsspannung
niedrig ist und ein typisches, einen Stimulationserfolg kennzeichnendes Signal auftritt. Eine
Verschmelzung von stimulierten und natürlichen Herzreaktionen (Fusionsereignis) kann
jedoch dazu führen, dass das auf einen Stimulationsimpuls folgende Signal atypisch ist und
von einem einfachen Algorithmus einem mangelnden Stimulationserfolg zugeordnet wird.
Außerdem können starke Polarisationsspannungen ein eine erfolgreiche Stimulation
kennzeichnendes Signal vortäuschen. Es ist somit ein Problem, das im Myocard evozierte
elektrische Signal in Anwesenheit von solchen Signal-Artefakten sicher zu detektieren, die
beispielsweise auf Polarisationseffekte im Bereich der Grenzfläche zwischen Elektrode und
Körperfluid bzw. Myocard zurückgehen.
Verschiedene Lösungen für das letztgenannte Problem werden beispielsweise in den
US-Patenten 5,417,718, 5,697,957, 5,861,013, 5,873,898 und 5,941,903 sowie der
Europäischen Patentanmeldung EP-A 0 826 392 vorgeschlagen.
Es ist auch bekannt, für einen positiven Stimulationserfolg charakteristische, evozierte
Signale anhand typischer Signalformen zu detektieren.
Leider ist das Erkennen des Stimulationserfolges in allen Fällen mit statistischen
Unsicherheiten behaftet, so das nach wie vor der Wunsch besteht, eine Capture Recognition
mit höherer Spezifität und Sensitivität durchzuführen.
Erfindungsgemäß wird dies mit einer Stimulationsvorrichtung der eingangs genannten Art
dadurch erreicht, dass die Auswerteeinheit ausgebildet ist, in dem aufgenommenen Signal
solche Signalmerkmale zu detektieren, die einen Fall mangelnden Stimulationserfolges
kennzeichnen, und ein entsprechendes Ausgangssignal abzugeben.
Der wesentliche Unterschied gegenüber dem Stand der Technik besteht somit darin, dass
ein mangelnder Stimulationserfolg nicht im Umkehrschluss durch Nicht-Detektieren von
einen Stimulationserfolg kennzeichnenden Signalmerkmalen ermittelt wird, sondern direkt
durch Detektieren von Signalmerkmalen, die einen mangelnden Stimulationserfolg
kennzeichnen. Die Stimulationserfolgserkennung beim Stand der Technik beruht darauf,
Signalmerkmale zu detektieren, die einen positiven Stimulationserfolg kennzeichnen und aus
dem Ausbleiben solcher, einen positiven Stimulationserfolg kennzeichnenden
Signalmerkmale auf einen mangelnden Stimulationserfolg zu schließen.
Im Rahmen dieser Erfindung wird genau der umgekehrte Weg beschritten, der auf der
Erkenntnis beruht, dass es tatsächlich Signalmerkmale gibt, die für einen mangelnden
Stimulationserfolg spezifisch sind und die nicht lediglich auf dem Ausbleiben solcher
Signalmerkmale beruhen, die einen positiven Stimulationserfolg kennzeichnen. Mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung werden somit Signalmerkmale detektiert, über deren
Vorhandensein und über deren Bedeutung dem Stand der Technik keinerlei Hinweise zu
entnehmen ist.
Die Erfindung beruht insbesondere auf der Erkenntnis, dass ein auf einen Stimulationsimpuls
folgendes Signal zwei separate Signalelemente aufweist, nämlich zum einen ein erstes
Signalelement, das auf die Polarisation des Myocard zurückgeht und zum anderen ein
zweites Signalelement, welches auf einer Polarisation im Bereich des an die
Stimulationselektrode angrenzenden Gewebes bzw. Körperfluids beruht. Diese Polarisation
im Bereich der Elektrodengrenzfläche stellt verschwendete Energie dar und führt zu einem
Signal, welches mit der positiven Detektion eines evozierten Signals im Anschluss an eine
Stimulation interferiert. Zwar sind moderne Elektrodenleitungen, beispielsweise fraktale
Elektrodenleitungen so gestaltet, dass die Polarisationspotentiale möglichst reduziert
werden. Dies wird typischerweise über eine Vergrößerung der Elektrodenoberfläche durch
Mikrostrukturierung erzielt, wodurch kapazitive Effekte reduziert werden. Obwohl jedoch mit
solchen Elektroden die Polarisation vermindert wird, wird sie nicht gänzlich eliminiert.
Außerdem variieren die Elektroden innerhalb und zwischen diversen Modellreihen
hinsichtlich ihrer Effektivität im Reduzieren von Polarisationspotentialen. Und selbst die
besten Elektroden zeigen bei Stimulationsamplituden von mehr als 2 Volt messbare, auf die
Polarisation zurückzuführende Signalartefakte selbst noch 20 Millisekunden nach einem
Stimulationsimpuls. Die Amplitude dieses Artefakts vergrößert die Spannung und verbreitert
den Stimulationsimpuls.
Bei der erfindungsgemäßen Stimulationsvorrichtung ist es in einer bevorzugten
Ausführungsvariante erstmalig vorgesehen, für die Polarisation charakteristische
Signalartefakte als einen mangelnden Stimulationserfolg kennzeichnendes Signalmerkmal
zu detektieren.
Diese bevorzugte Ausführungsvariante beruht auf der Erkenntnis, das derartige, auf die
Polarisation zurückzuführende Signalartefakte regelmäßig eine ähnliche Morphologie
aufweisen. Diese Erkenntnisse wurden durch Versuche gewonnen, bei denen
Elektrodenleitungen in einer Salzlösung auf die Signalformen hin untersucht wurden, die sich
im Anschluss an die Abgabe eines Impulses an die Salzlösung ergeben.
Auf der anderen Seite wurde beobachtet, dass im Menschen aufgenommene Elektrogramme
beinahe jede Form annehmen können. Solche Variationen von Elektrogramm-
Morphologien können sich sowohl bei verschiedenen Messungen an einem Patient als auch
bei Messung an verschiedenen Patienten ergeben. Unterschiede zwischen den Messungen
an einem Patienten ergeben sich typischerweise aus Fusionsereignissen,
Atmungseinflüssen einer anodalen Stimulation oder aus anderen, nicht identifizierten
Gründen. Unterschiede zwischen Messungen an unterschiedlichen Patienten ergeben sich
vermutlich aus Unterschieden in der kardialen Pathologie, der Elektrodenleitungsposition
oder der Elektrodenpolarisation.
Auf Basis der Polarisationssignalform wurden charakteristische Merkmale, Signaturen des
Polarisationspotentials in Form einer Vielzahl von Signalmerkmalen und Schwellwerten
extrahiert. Bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung stellen auf diese Signalmerkmale
und Schwellwerte ab.
Zu den vorzugsweise detektierten Merkmalen zählen ein erstes Integral INGR1 des nach
Ablauf einer Blanking Periode nach Abgabe eines Stimulationsimpulses gemessen Signals
über die Zeit bis zu dem Zeitpunkt, indem das gemessene Signal den während der Blanking
Periode herrschenden Signalwert kreuzt. Dieses erste Signal ist in der Regel positiv, da das
im Anschluss an die Blanking Periode gemessene Signal üblicherweise über den Signalwert
während der Blanking Periode liegt. Entsprechend ist die Auswerteeinheit vorzugsweise
dazu ausgebildet, das erste Integral INGR1 zu bestimmen.
Ein weiteres vorzugsweise aufgenommenes und ermitteltes Signalmerkmal ist ein zweites
Integral INGR2 des gemessenen Signals, welches über einen Zeitraum gebildet wird,
welcher mit dem Zeitpunkt beginnt, für den das erste Integral endet und welcher mit dem
Ende eines vorgegebenen Zeitfensters endet, wobei das vorgegebene Zeitfenster mit dem
Ablauf der Blanking Periode beginnt. Entsprechend ist die Auswerteeinheit vorzugsweise
dazu ausgebildet, auch das zweite Integral INGR2 zu bestimmen.
Ein weiteres Signalmerkmal, welches vorzugsweise durch eine entsprechend ausgebildete
Auswertereinheit aufgenommen wird, ist die Anzahl CNT1 der Tastwerte des
aufgenommenen Signals, welche in die Zeit fallen, über die das erste Integral gebildet wird.
Die Stimulationsvorrichtung ist in diesem Falle dazu ausgebildet, das aufgenommene Signal
zeitdiskret abzutasten, so dass das aufgenommene Signal in Form einer Vielzahl
zeitdiskreter Tastwerte (samples) vorliegt. Zum Zählen der Tastwerte innerhalb eines
Zeitraumes weist die Auswerteeinheit vorzugsweise einen Zähler auf.
Ein weiteres zusätzlich oder auch alternativ aufgenommenes Signalmerkmal besteht in
einem Indikator-Flag CROSS, dessen Wert davon abhängt, ob das gemessene Signal
während der Zeitdauer für die Bestimmung des zweiten Integrals die während der Blanking
Periode herrschende Signalamplitude kreuzt. Wenn der Signalwert während der Blanking
Amplitude für das anschließend gemessene Signal den Referenz- oder Nullwert bildet,
kennzeichnet das Indikator-Flag CROSS = 1 das Vorliegen eines Nulldurchgangs für das
gemessene Signal während der Zeit, über die das zweite Integral gebildet wird. Liegt kein
Nulldurchgang vor ist das Indikator-Flag CROSS = 0. Die Auswerteeinheit ist vorzugsweise
zum Bestimmen und Speichern des binären Wertes des Indikator-Flags CROSS ausgebildet.
Ein weiteres Signalmerkmal ist der maximale positive Tastwert des nach Abschluss der
Blanking Periode aufgenommenen, gemessenen Signals unter Nichtberücksichtigung der
ersten x Tastwerte nach Ablauf der Blanking Periode. Es wird somit vorzugsweise der x+1.
Tastwert nach Ablauf der Blanking Periode als maximaler positiver Tastwert MAX_POS
aufgenommen. Der Tastwert wird - wie das gesamte nach Ablauf der Blanking Periode
gemessene Signal - relativ zu der während der Blanking Periode herrschenden
Signalamplitude bestimmt. Außerdem werden vorzugsweise alle im Bezug auf die
Signalamplitude während der Blanking Periode negativen Tastwerte als NEG_AMP
gespeichert. Die Auswerteeinheit ist entsprechend vorzugsweise zum Bestimmen des
maximalen positiven Tastwertes MAX_POS sowie der negativen Tastwerte NEG_AMP und
zum Speichern dieser Werte ausgebildet.
Zur weiteren Analyse der im vorbeschriebenen Sinne bestimmten Signalmerkmale weist die
Auswerteeinheit vorzugsweise verschiedene Schwellwerteinheiten auf, die im wesentlichen
einen Speicher für den jeweils vorgegebenen Wert des entsprechenden Schwellwertes
umfassen, sowie eine Vergleichseinheit, die ein Signal ausgibt, welches davon abhängt, ob
der vorgegebene Schwellwert über- oder unterschritten wird. Folgende Schwellwerte bzw.
Parameter sind vorzugsweise vorgesehen:
w Breite des Zeitfensters in Millisekunden oder Anzahl von Tastwerten
w1 Grenzwert für einen ersten positiven Signalabschnitt, der durch die Anzahl der Tastwerte gegeben ist, über die das erste Integral gebildet wird (CNT1)
zn Negativer Grenzwert für die auf die Signalamplitude während der Blanking Periode bezogenen Tastwerte
zp Grenzwert für den maximalen positiven Tastwert MAX POS falls der positive Signalabschnitt breiter ist als durch w1 vorgegeben
a1 Ein Grenzwert für eine Fläche AREA welche aus dem ersten und dem zweiten Integral (INGR1, INGR2) gebildet wird als Kennzeichen für ein Nicht-Capture
a2 Grenzwert für die Fläche AREA, oberhalb dessen ein Capture vorliegt
x Die bereits vorgenannte Anzahl von Tastwerten nach Ende der Blanking Periode, die für die Bestimmung von MAX_POS ignoriert werden
w Breite des Zeitfensters in Millisekunden oder Anzahl von Tastwerten
w1 Grenzwert für einen ersten positiven Signalabschnitt, der durch die Anzahl der Tastwerte gegeben ist, über die das erste Integral gebildet wird (CNT1)
zn Negativer Grenzwert für die auf die Signalamplitude während der Blanking Periode bezogenen Tastwerte
zp Grenzwert für den maximalen positiven Tastwert MAX POS falls der positive Signalabschnitt breiter ist als durch w1 vorgegeben
a1 Ein Grenzwert für eine Fläche AREA welche aus dem ersten und dem zweiten Integral (INGR1, INGR2) gebildet wird als Kennzeichen für ein Nicht-Capture
a2 Grenzwert für die Fläche AREA, oberhalb dessen ein Capture vorliegt
x Die bereits vorgenannte Anzahl von Tastwerten nach Ende der Blanking Periode, die für die Bestimmung von MAX_POS ignoriert werden
Die Auswerteeinheit ist weiterhin vorzugsweise ausgebildet, eine Ermittlung einer nicht
erfolgreichen Stimulation (Non-Capture) basierend auf den zuvor eingeführten
Signalmerkmalen und Grenzwerten nach folgendem Algorithmus durchzuführen:
If NEG AMP < zn Then Capture
If CNT1 < w1 Then AREA = INGR1+INGR2 Else AREA = INGR2
If AREA < a1 Then Non-Capture
Elseif CNT1 < w1 Then (If MAX_POS<zp Then Non-Capture Else Capture)
Elseif AREA < a2 Then Capture
Elseif CROSS = 1 Then Capture
Else Non-Capture
If NEG AMP < zn Then Capture
If CNT1 < w1 Then AREA = INGR1+INGR2 Else AREA = INGR2
If AREA < a1 Then Non-Capture
Elseif CNT1 < w1 Then (If MAX_POS<zp Then Non-Capture Else Capture)
Elseif AREA < a2 Then Capture
Elseif CROSS = 1 Then Capture
Else Non-Capture
Die Auswerteeinheit ist somit vorzugsweise dazu ausgebildet die folgenden
Schwellwertvergleiche durchzuführen und entsprechende Ergebnisse zu liefern:
Wenn NEG_AMP größer ist als zn gibt die Auswerteeinheit ein eine erfolgreiche Stimulation
kennzeichnendes Capture-Signal aus.
Wenn die Anzahl der Tastwerte CNT1 größer ist als w1, dann wird der Flächenwert AREA
als Summe aus dem ersten Integral INGR1 und dem zweiten Integral INGR2 gebildet,
ansonsten ist der Flächenwert AREA gleich dem zweiten Integral INGR2. Anschließend wird
die Fläche AREA mit dem Schwellwert a1 verglichen und wenn AREA kleiner ist als a1 ein
eine erfolglose Stimulation kennzeichnendes Non-Capture Signal ausgegeben. Falls diese
Bedingung nicht erfüllt ist prüft die Auswerteeinheit, ob die Anzahl CNT1 größer ist als der
Grenzwert w1 und führt, falls dies der Fall ist, einen Vergleich des maximalen positiven
Tastwertes MAX_POS mit dem Grenzwert zp durch. Ist MAX_POS kleiner ist als zp wird ein
Non-Capture Signal ausgegeben, ansonsten ein Capture Signal. Falls keine der beiden
Bedingungen AREA kleiner ist als a1 und CNT1 größer ist als w1 gegeben sind, vergleicht
die Auswerteeinheit den Flächenwert AREA mit dem Grenzwert a2 und gibt für den Fall,
dass AREA größer als a2 ist, ein Capture Signal aus. Trifft auch diese Bedingung nicht zu,
prüft die Auswerteeinheit, ob das Indikator-Flag CROSS auf 1 gesetzt ist, ob also das
gemessene Signal im Bereich des zweiten Integrals einen Nulldurchgang aufweist. In diesem
Fall wird ein Capture Signal ausgegeben. Trifft auch diese Bedingung nicht zu, gibt die
Auswerteeinheit ein Nicht-Capture Signal aus.
Darüber hinaus ist die Auswerteeinheit vorzugsweise dazu ausgebildet, schon beim
Aufnehmen der Tastwerte für das gemessene Signal ständig ein Vergleich der Tastwerte mit
dem Schwellwert für die negative Signalamplitude zn durchzuführen. Falls ein negativer
Tastwert NEG_AMP kleiner ist als zn (oder mit anderen Worten einen größeren negativen
Betrag hat als zn) wird das gemessene Signal sofort als einen Stimulationserfolg
kennzeichnendes Signal klassifiziert und dementsprechend ein Capture Signal ausgegeben.
Diese Überprüfung führt die Auswerteeinheit vorzugsweise Tastwert für Tastwert parallel zu
dem zuvor beschriebenen Algorithmus durch, und bricht diesen Algorithmus sofort ab, falls
ein Tastwert NEG_AMP kleiner ist als zn. Der zuvor beschriebene Algorithmus wird nur dann
bis zum Ende fortgeführt, wenn die Bedingung NEG_AMP < zn während des Aufnehmens
der Tastwerte nicht erfüllt wird. Dies spart in vorteilhafter Weise Rechenkapazität und
Energie.
Soweit eine kurze Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.
Diese soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Hilfe der Figuren näher erläutert
werden.
Von den Figuren zeigen
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Herzschrittmachers
Fig. 2 eine Darstellung einer typischerweise nach Abgabe eines Stimulationsimpulses
aufgenommenen Signals über die Zeit mit den typischen Signalmerkmalen für ein
Polarisations-Artefakt samt Darstellung der vorzugsweise aufgenommen und
vorgegebenen Signalmerkmale und Schwellwerte;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer typischen Signalform eines nach einem
Stimulationsimpuls aufgenommenen Signals im Falle einer erfolgreichen Stimulation
mit den dazugehörigen aufgenommenen Signalmerkmalen und Schwellwerten;
Fig. 4 eine Signalform des aufgenommenen Signals nach erfolgreicher Stimulation mit
anfänglicher positiver Amplitude
Fig. 1 zeigt einen Herzschrittmacher 10 mit daran angeschlossener Elektrodenleitung 12.
Die Elektrodenleitung 12 ist ausgebildet um beispielsweise in einen Ventrikel eines
menschlichen Herzens eingeführt zu werden. Die Elektrodenleitung 12 ist als bipolare
Elektrodenleitung ausgeführt und besitzt daher eine Ringelektrode 14 und eine
Spitzenelektrode 16. Die Ringelektrode 14 und die Spitzenelektrode 16 sind über zwei
elektrische Leitungen 18 bzw. 20 mit dem Herzschrittmacher 10 und insbesondere einer
Stimulationseinheit 22 sowie einer Detektionseinheit 24 des Herzschrittmachers 10
verbunden.
Die Stimulationseinheit 22 ist dazu ausgebildet über die Elektroden 14 und 16 bipolare
Stimulationsimpulse im Ventrikel eines Herzens abzugeben. Alternativ kann die
Stimulationseinheit 22 auch nur über eine elektrische Leitung wie die elektrische Leitung 20
mit der Spitzenelektrode 16 verbunden sein, um Stimulationsimpulse im unipolaren Modus
zwischen einem Gehäuse des Herzschrittmachers 10 und der Spitzenelektrode 16
abzugeben.
Die Detektionseinheit 24 ist mit den Elektroden 14 und 16 verbunden um elektrische Signale
des Herzens aufzunehmen. Auch dies kann wie in Fig. 1 dargestellt im bipolaren Modus
geschehen, oder alternativ in einem unipolaren Modus über die Spitzenelektrode 16 oder die
Ringelektrode 14. Die Detektionseinheit 24 dient der Signalaufnahme und der Anpassung
der Messsignale wie möglicherweise einer Impedanzwandlung. Außerdem steuert die
Detektionseinheit 24 mögliche Ausblendzeiten (Blanking Perioden) oder Refraktärzeiten des
Herzschrittmachers 10, in denen gemessene Signale nicht ausgewertet oder gar nicht erst
aufgenommen werden. Die Aufnahme der Signale erfolgt somit in zeitlicher Zuordnung zu
möglicherweise über die Stimulationseinheit 22 abgegebenen Stimulationsimpulsen. Die
aufgenommenen Signale stellen im Wesentlichen ein intrakardial gewonnenes
Elektrokardiogramm dar, welches schrittmacher-intern zur weiteren Auswertung an eine
Steuereinheit 26 weitergeleitet wird. Die Steuereinheit 26 umfasst eine
Stimulationssteuereinheit 28, die in an sich bekannter Weise der Ansteuerung der
Stimulationseinheit 22 in Abhängigkeit der intrakardial gewonnenen Signale und möglicher
weiterer Signale dient, wie beispielsweise physiologischen Steuersignalen zur
bedarfsgerechten, ratenadaptiven Stimulation des Herzens. Die Stimulationssteuereinheit 28
kann auch mit einem Sensor im Vorhof eines Herzens verbunden sein, um eine
atriumssynchrone Stimulation des Ventrikels in bekannter Weise durchzuführen. Außerdem
bietet die Stimulationssteuereinheit 28 die an sich bekannte Funktion, die Abgabe von
ventrikulären Stimulationsimpulsen zu unterdrücken, wenn innerhalb eines vorgegebenen
Zeitfensters über die Detektionseinheit 24 eine natürliche Ventrikelaktion detektiert wird. Um
die Stimulationseinheit 22 entsprechend ansteuern zu können, ist die
Stimulationssteuereinheit 28 mit der Stimulationseinheit 22 verbunden.
Soweit der Herzschrittmacher 10 bis hierher beschrieben wurde, kann er in jeder aus dem
Stand der Technik bekannten Ausführungsform realisiert sein.
Wesentliches Merkmal des Herzschrittmachers 10 ist eine Auswerteeinheit 30, der
eingangsseitig ein intrakardial aufgenommenes, beispielsweise von der Detektionseinheit 24
stammendes Signal zugeführt wird. Dieses Signal kann grundsätzlich auf jede bekannte Art
gewonnen werden, die zum Aufnehmen ventrikulärer evozierter Reizantworten (VER)
geeignet ist. Die Auswerteeinheit 30 ist ausgebildet, dass eingangsseitig anliegende Signal
von einem Zeitpunkt nach Ende einer Blanking Periode oder Ausblendzeit auszuwerten, die
ihrerseits mit der Abgabe eines Stimulationsimpulses durch die Stimulationseinheit 22
beginnt. Die Auswertung des Signals nach Ablauf der Blanking Periode erfolgt mit Bezug auf
einen während der Blanking Periode herrschenden Signalwert. Dieser stellt für die weitere
Auswertung des Signals praktisch den Nullpunkt dar. Die Auswertung des Signals erfolgt auf
die einleitend beschriebene Weise durch Extraktion der Signalmerkmale INGR1, INGR2,
CNT1, CROSS, MAX_POS und NEG_AMP. Weiterhin ist die Auswerteeinheit 30 zur
Durchführung des eingangsbeschriebenen Algorithmussees ausgebildet. Sie ist dazu mit
einem Speicher 32 für alle zu speichernden und vorzugebenden Werte, insbesondere die
Werte w, w1, zn, zp, a1, a2, x und AREA verbunden.
Die Auswerteeinheit 30 ist insbesondere dazu ausgebildet, alle Tastwerte NEG_AMP ständig
mit dem Grenzwert zn zu vergleichen und bei positiven Vergleichsergebnis ein eine
erfolgreiche Stimulation kennzeichnendes Capture-Signal an die Stimulationssteuereinheit
28 abzugeben.
Wesentlich ist jedoch, dass die Auswerteeinheit 30 unter den Eingangs beschriebenen
Bedingungen auch ein eine erfolglose Stimulation kennzeichnendes Non-Capture Signal
ausgibt. In Fig. 1 ist eine Variante dargestellt, in der dieses Non-Capture Signal direkt auf
eine zur Stimulationseinheit 22 führende Steuerleitung gegeben wird, um unmittelbar einen
Back-up Stimulationsimpuls auszugeben, falls die Auswerteeinheit 30 einen
Stimulationsmisserfolg detektiert hat. Dieses Non-Capture Signal wird gleichzeitig an die
Stimulationssteuereinheit 28 abgegeben. Es sind Ausführungsvarianten denkbar, in denen
die Auswerteeinheit 30 nur im Falle eines Stimulationsmisserfolges ein Non-Capture Signal
direkt an die Stimulationseinheit 22 abgibt. In einer anderen Ausführungsvariante können
sowohl das Capture Signal als auch das Non-Capture Signal oder nur eines der beiden
Signale ausschließlich direkt an die Stimulationssteuereinheit 28 abgegeben werden.
Fig. 2 zeigt eine typische, auf die beschriebene Polarisation zurückgehende Signalform,
das heißt einen Polarisationsartefakt. In Fig. 2 sind all die vorgenannten Signalmerkmale
eingetragen, zu deren Extraktion die Auswerteeinheit 30 ausgebildet ist, sowie alle
vorgegebenen Grenz- und sonstigen Werte, die in dem Speicher 32 gespeichert sind. Als
"Blanking level" ist außerdem die während der Blanking Periode herrschende
Signalamplitude als Nulllinie eingetragen. Die Blanking Periode dauert im dargestellten Fall
20 Millisekunden nach Abgabe eines Stimulationsimpulses. Der Zeitpunkt der Abgabe des
Stimulationsimpulses ist ebenfalls dargestellt. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, beginnt das
nach Ende der Blanking Periode aufgenommene Signal mit einem positiven
Signalspitzenwert, fällt dann ab, um nach einer bestimmten Anzahl von Tastwerten (CNT1)
unter das während der Blanking Periode herrschende Signal zu fallen. Das dann negative
Signal steigt nach einiger Zeit wieder an und kreuzt das während der Blanking Periode
herrschende Signalniveau. Wenn dieser Kreuzpunkt innerhalb des durch w vorgegebenen
Zeitfensters liegt, wird das Indikator-Flag auf 1 gesetzt. Liegt der Kreuzungspunkt - wie in
dem in Fig. 2 dargestellten Fall - außerhalb des durch w vorgegebenen Zeitfensters, bleibt
das Indikator-Flag CROSS null. Dargestellt ist auch das positive erste Intergral INGR1,
welches das Integral des Messsignals über die Zeit beginnend mit Ende der Blanking
Periode bis zum ersten negativen Nulldurchgang des Signals ist, sowie das zweite Integral
INGR2, welches das verbleibende Flächenintegral des Meßsignals in dem durch w
vorgegebenen Zeitfenster in Bezug auf die während der Blanking Periode herrschende
Signalamplitude darstellt.
Fig. 3 zeigt den typischen Verlauf einer evozierten Reizantwort und aller zuvor
beschriebenen Parameter. Die extrahierten Signalmerkmale sind wie zuvor in
Großbuchstaben dargestellt, während die Grenzwerte und sonstige vorzugebenen
Parameter mit kleinen Buchstaben bezeichnet sind. Das in Fig. 3 dargestellte, einen
positiven Stimulationserfolg kennzeichnende Signal beginnt mit einer negativen Amplitude,
deren negativer Betrag größer ist, als der Grenzwert zn. Bereits mit dem ersten Tastwert
steht somit fest, dass das Signal einem positiven Stimulationserfolg zuzuordnen ist, so dass
die Auswerteeinheit 30 den zuvor beschriebenen Algorithmus bereits mit dem ersten
Tastwert abbrechen und ein Capture Signal ausgeben kann.
Wie in Fig. 4 dargestellt kann das im Falle eines Stimulationserfolges gewonnene Signal
auch mit einem positiven Signalspitzenwert beginnen. Auch in diesem Falle erlaubt die
Auswerteeinheit 30 eine zuverlässige Erkennung eines Stimulationsmisserfolges und gibt im
Falle der in Fig. 4 dargestellten Signalform kein Non-Capture sondern ein Capture Signal
aus.
Über die in dem Ausführungsbeispiel dargestellte Variante hinaus erstreckt sich die
Erfindung auch auf alle anderen, für den Fachmann naheliegenden Varianten, wie
beispielsweise die bereits angedeutete Variante, bei der die Auswerteeinheit 30 die
Stimulationseinheit 22 im Non-Capture Fall direkt ansteuert, um einen Back-up
Stimulationsimpuls mit höherer Energie als dem vorangegangenen Stimulationsimpuls
auszulösen.
Claims (8)
1. Stimulationsvorrichtung, welche eine Stimulationseinheit aufweist, die ausgebildet ist
elektrische Stimulationsimpulse zur Stimulation von Körpergewebe abzugeben, sowie
eine Auswerteeinheit, die ausgebildet ist, elektrische Signale im Zusammenhang mit
der Abgabe eines Stimulationsimpulses aufzunehmen und zur Überprüfung eines
Stimulationserfolges auszuwerten,
dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheit ausgebildet ist, in dem
aufgenommenen Signal solche Signalmerkmale zu detektieren, die einen Fall
mangelnden Stimulationserfolges kennzeichnen, und ein entsprechendes
Ausgangssignal abzugeben.
2. Stimulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Auswerteeinheit ausgebildet ist, ein aufgenommenes elektrisches Signal zeitlich
einem Stimulationsimpuls zuzuordnen und ein Merkmal eines Polarisationsartefaktes
als Signalmerkmal in dem aufgenommenen Signal zu detektieren.
3. Stimulationsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Auswerteeinheit ausgebildet ist, das nach Ablauf einer Blanking-Periode nach
Abgabe eines Stimulationsimpulses gemessene Signal auszuwerten und zum
Detektieren eines Merkmals eines Polarisationsartefaktes ein erstes Integral (INGR1)
des gemessenen Signals über die Zeit zu bestimmen, in der das nach der Blanking-
Periode gemessene Signal oberhalb der Signalamplitude während der Blanking-
Periode verläuft.
4. Stimulationsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Auswerteeinheit ausgebildet ist, ein zweites Integral (INGR2) des gemessenen
Signals über eine Zeitdauer zu bestimmen, welche mit dem Zeitpunkt beginnt, für den
das erste Integral endet, und welche mit dem Ende eines vorgegebenen Zeitfensters
endet, welches mit dem Ende der Blanking-Periode beginnt.
5. Stimulationsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der das nach der Abgabe eines
Stimulationsimpulses aufgenommene Signal in Form von zeitlich diskreten
Tastwerten aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit
einen Zähler umfasst, der ausgebildet ist, die Anzahl (CNT1) der Tastwerte des
aufgenommenen Signals zu bestimmen, die in die Zeit fallen, über die das erste
Integral gebildet wird.
6. Stimulationsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Auswerteeinheit ausgebildet ist, ein Indikator-Flag (CROSS) zubilden, dessen Wert
davon abhängt, ob das gemessene Signal während der Zeitdauer für die Bestimmung
des zweiten Integrals die während der Blanking-Periode herrschende
Signalamplitude kreuzt.
7. Stimulationsvorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteeinheit ausgebildet ist, den folgenden Algorithmus auf ein
Eingangssignal anzuwenden:
If NEG_AMP < zn Then Capture
If CNT1 < w1 Then AREA = INGR1+INGR2 Else AREA = INGR2
If AREA < a1 Then Non-Capture
Elseif CNT1 < w1 Then (If MAX_POS<zp Then Non-Capture Else Capture)
Elseif AREA < a2 Then Capture
Elseif CROSS = 1 Then Capture
Else Non-Capture
If NEG_AMP < zn Then Capture
If CNT1 < w1 Then AREA = INGR1+INGR2 Else AREA = INGR2
If AREA < a1 Then Non-Capture
Elseif CNT1 < w1 Then (If MAX_POS<zp Then Non-Capture Else Capture)
Elseif AREA < a2 Then Capture
Elseif CROSS = 1 Then Capture
Else Non-Capture
8. Stimulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteeinheit ausgebildet ist, ein aufgenommenes elektrisches Signal
laufend mit einem Grenzwert (zn) für die negative Signalamplitude zu vergleichen
und im Falle des negativen Überschreitens des Grenzwertes (zn) ein einen
Stimulationserfolg kennzeichnendes Signal abzugeben.
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